Sicherheitsmechanismen und -technologien

Moderne Systeme erfordern ein mehrschichtiges Sicherheitskonzept, bei dem jede Schicht spezifische Funktionen erfüllt und mit anderen zusammenwirkt, um ein umfassendes Sicherheitssystem zu schaffen. Sehen wir uns die wichtigsten Schichten, ihre Mechanismen und Technologien sowie die besten Praktiken für ihre Implementierung an.

Systemsicherheitsstufen

Physikalische Schicht

• Serverräume und Rechenzentren:
  Die Geräte befinden sich in sicheren Rechenzentren mit mehrstufigen Zugangskontrollsystemen: biometrische Authentifizierung, RFID-Karten, Videoüberwachung. Die Räumlichkeiten sind mit Feuerlöschanlagen, Klimaanlagen und Schutz vor Spannungsschwankungen ausgestattet.
• Perimeterschutz:
  Es kommen physische Barrieren (z. B. Doppeltürschlösser), Bewegungsmelder und ein 24/7-Sicherheitsdienst zum Einsatz. Für kritische Einrichtungen gilt das Prinzip der „Defense in Depth“ – mehrschichtige Sicherheit mit regelmäßigen Schwachstellenprüfungen.
• Infrastrukturredundanz:
  Zur Risikominimierung werden Notstromversorgungen (USV, Generatoren), Duplizierung von Kommunikationskanälen und verteilte Rechenzentren (geografische Isolierung) eingesetzt.

Netzwerkschicht

Diese Schicht sorgt für die Sicherheit der Datenübertragung, verhindert Angriffe auf Netzwerkressourcen und kontrolliert den Datenverkehr.

• Firewalls:
  Moderne NGFWs (Next-Generation Firewall) analysieren den Verkehr auf der Anwendungsebene und blockieren verdächtige Sitzungen. Beispiel: Konfiguration von Regeln zur Verweigerung ausgehender Verbindungen in einem Tor-Netzwerk oder Blockierung von Ports, die nicht vom System verwendet werden.
• Schutz vor DDoS-Angriffen:
  Cloud-basierte Dienste (z. B. Cloudflare), die den Datenverkehr durch Erkennung anomaler Muster filtern. Lokale Lösungen umfassen Ratenbegrenzung und Blackhole-Routing.
• Netzwerksegmentierung:
  Netzwerke werden in VLANs, DMZs und isolierte Subnetze unterteilt. Dedizierte APNs (Access Point Name) werden für IoT-Geräte verwendet, um zu verhindern, dass sie mit dem Unternehmensverkehr interagieren.
• Intrusion Detection and Prevention Systems (IDS/IPS):
  Tools wie Snort oder Suricata analysieren Pakete in Echtzeit und blockieren Angriffe auf der Grundlage von Signaturen und Verhaltensanomalien. Die Integration mit SIEMs (z. B. Splunk) ermöglicht eine automatische Reaktion.
• Verkehrsverschlüsselung:
  Obligatorische Verwendung von TLS 1.3 mit modernen Verschlüsselungen (AES-GCM, ChaCha20). Für VPN werden WireGuard- oder IPsec-Protokolle anstelle des alten PPTP/L2TP empfohlen.

Operating System Layer

Die Sicherheit des Betriebssystems wird durch strikte Konfiguration, rechtzeitige Updates und Prozessisolierung erreicht.

• Containerisierung (Docker, Kubernetes): Jeder Dienst läuft in einem isolierten Container mit begrenzten Rechten. Einem Webserver wird beispielsweise ein eigener Benutzer zugewiesen, der keinen Zugriff auf Systemdateien hat.
• Mandatory Access Control (MAC)-Module:**
• SELinux: Implementiert label-basierte Richtlinien, um die Ausführung von unsignierten Binärdateien zu verhindern.
  • AppArmor: Profiliert Anwendungen, indem es ihren Zugriff auf das Dateisystem einschränkt.
• Auditing und Überwachung: Tools wie Auditd oder Osquery überwachen Änderungen in kritischen Dateien (z.B. /etc/passwd). ELK-Stacks (Elasticsearch, Logstash, Kibana) oder Grafana werden für die Analyse von Protokollen verwendet.
• Updates und Patches: Automatisierung über Dienstprogramme wie unattended-upgrades (Linux) oder WSUS (Windows). Bei kritischen Systemen sollten die Updates in einer Staging-Umgebung vorab getestet werden.

Anwendungsschicht.

Die Anwendungssicherheit erfordert eine Kombination aus eingebauten Mechanismen und der Einhaltung von Entwicklungsstandards.

• Authentifizierung und Autorisierung:
• Multi-Faktor-Authentifizierung (MFA) über OTP, U2F-Schlüssel oder biometrische Merkmale.
  • OAuth 2.0/OpenID Connect-Implementierung für delegierten Zugriff.
  • RBAC (rollenbasierter Zugriff) mit geringsten Privilegien.
• Schutz vor Web-Angriffen:
• CSRF: Token-Generierung mit kryptoresistenten Algorithmen (HMAC-SHA256).
  • XSS: Bereinigung von Eingaben durch Bibliotheken wie DOMPurify, CSP-Implementierung mit `default-src ‚self‘-Anweisung.
  • SQL-Injektionen: Verwendung von ORM (Hibernate, SQLAlchemy) oder vorbereiteten Anweisungen.
• Sichere Entwicklung (DevSecOps): Integration von Schwachstellenscannern (OWASP ZAP, SonarQube) in die CI/CD-Pipeline. Regelmäßige Pentests und Code-Reviews.

Datenspeicherschicht

Sicherstellung der Vertraulichkeit, Integrität und Verfügbarkeit der Daten.

• Verschlüsselung:
• At-rest: Verwendung von LUKS (Linux) oder BitLocker (Windows) mit AES-256.
  • In-transit: TLS für die Übertragung zwischen Servern und Clients.
  • Schlüssel: Speicherung in Hardware HSM (Hardware Security Module) oder Cloud KMS (AWS KMS, HashiCorp Vault).
• Redundantes Kopieren: 3-2-1 Strategie: 3 Kopien, auf 2 verschiedenen Medien, 1 off-location. Automatisierung über BorgBackup oder Veeam.
• Zugangskontrolle:
• RBAC/ABAC: Dynamische Rechteverwaltung auf der Grundlage von Benutzerattributen (Berufsbezeichnung, Standort).
  • Audit: Protokollierung aller Operationen (CREATE, UPDATE, DELETE) mit Integration in SIEM.

Implementierte Sicherheitsmechanismen

Sicherheit auf Netzwerkebene

• Die Filterung des eingehenden und ausgehenden Datenverkehrs ist so konfiguriert, dass nicht autorisierte Verbindungen blockiert werden. Um die Sicherheit zu erhöhen, wird empfohlen, den Zugriff auf das System nur von vertrauenswürdigen IP-Adressen (Internet) oder über VPN zuzulassen. Verwenden Sie einen dedizierten APN in den Simkarteneinstellungen von Telemetriegeräten (IoT). Dies isoliert die Geräte vom allgemeinen Internetverkehr und erhöht den Datenschutz.
• Der Zugriff auf die Weboberfläche erfolgt über das HTTPS-Protokoll (TLS/SSL-Zertifikate), das die Verschlüsselung des Datenverkehrs zwischen Client und Server gewährleistet.

Schutz der Betriebssystemschicht

• Die Prozessisolierung erhöht die Widerstandsfähigkeit gegenüber Systemausfällen und Hacks. In einem IoT-Server wird jeder Teil des Systems mithilfe der Docker-Containerisierung isoliert. Durch die Containerisierung können verschiedene Teile des Systems voneinander isoliert werden, wodurch mögliche Schäden durch Angriffe und Ausfälle minimiert werden.

• Die Verwendung von AppArmor, SELinux, Parsec-Modulen (optional). Die Verwendung von Sicherheitsmodulen bietet zusätzlichen Schutz auf der Ebene des Betriebssystems, verstärkt die Zugriffskontrolle und verhindert unerwünschte Aktionen im System.

  • Policy Customization: Erstellen Sie strenge Sicherheitsrichtlinien, um den Zugriff auf kritische Ressourcen zu beschränken.
  • Sicherheits-Audit: regelmäßige Analyse von Protokollen, um verdächtige Aktivitäten zu identifizieren. Sicherheitsaudit: regelmäßige Analyse von Protokollen, um verdächtige Aktivitäten zu erkennen.

Schutz der Anwendungsschicht

• Der Webteil des Systems ist gegen Angriffe wie Cross-Site Request Forgery (CSRF) geschützt. Eingebaute Mechanismen generieren eindeutige Token für jedes Formular und verhindern so Anforderungsfälschungen. SameSite-Header für Cookies und Referer-Checks werden ebenfalls verwendet.

• Das System verfügt über einen integrierten Schutz gegen Cross-Site Scripting (XSS)-Angriffe, einschließlich der Filterung von Benutzereingabedaten, um die Einspeisung von bösartigem JavaScript-Code zu verhindern. - Inhaltssicherheitsrichtlinie (CSP): Konfiguration von Richtlinien zur Einschränkung von Quellen für Skript-Downloads und anderen Ressourcen. - Datenabschirmung: Automatische Abschirmung von HTML, CSS und JavaScript in Benutzereingaben.

• Die Interaktion mit der Datenbank erfolgt über das ORM-Modul, das über einen eingebauten Schutz gegen SQL-Injektion (Unfähigkeit zur Ausführung von beliebigem SQL-Code) verfügt und außerdem eine Abfrageprotokollierung durchführt, um verdächtige Aktivitäten zu erkennen.

Schutz der Datenspeicherebene

• Datenverschlüsselung: verwendet Verschlüsselungsalgorithmen (z. B. AES-256), um Daten auf der Festplatte und bei der Übertragung zu schützen.

• Backup: Regelmäßige Backups der Daten werden erstellt und in einem sicheren Speicher abgelegt.

• Zugangskontrolle: Es wird eine rollenbasierte Zugangskontrolle (Role Based Access Control, RBAC) und eine Überprüfung aller Datenoperationen im Speicher verwendet.